Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Własności elektryczne materii. Dielektryki Dielektryk (izolator) – materiał nie przewodzący prądu elektrycznego dokładniej – przewodzi prąd o 10 15 –

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Własności elektryczne materii. Dielektryki Dielektryk (izolator) – materiał nie przewodzący prądu elektrycznego dokładniej – przewodzi prąd o 10 15 –"— Zapis prezentacji:

1 Własności elektryczne materii

2 Dielektryki Dielektryk (izolator) – materiał nie przewodzący prądu elektrycznego dokładniej – przewodzi prąd o – razy słabiej od przewodników. +- dielektryk stała dielektryczna

3 Pojemność kondensatora Jeśli okładki kondensatora są odłączone od źródła napięcia Q = const napięcie na kondensatorze zmaleje ε razy Dla kondensatora płaskiego natężenie pola elektrycznego maleje ε razy Dlaczego?

4 Na powierzchni dielektryka muszą wystąpić ładunki wytwarzające pole elektryczne w przeciwnym kierunku – ładunki polaryzacyjne (związane) przewodnik (ładunki swobodne) natężenie pola w pustym kondensatorze gęstość powierzchniowa ładunków swobodnych gęstość powierzchniowa ładunków polaryzacyjnych podatność elektryczna dielektryka

5 Przyczyną pojawienia się ładunku polaryzacyjnego na powierzchni dielektryka jest zjawisko polaryzacji dielektryka. Wektor polaryzacji elektryczny moment dipolowy Wektor polaryzacji – moment dipolowy przypadający na jednostkę objętości

6 Dipol elektryczny – układ dwóch ładunków punktowych różnoimiennych, q 1 = q 2 =q Wartość momentu dipolowego takiego układu Moment dipolowy rozkładu ładunków Jeżeli wektory momentów dipolowych wszystkich atomów (cząsteczek) są jednakowe, to wektor polaryzacji liczba atomów (cząsteczek) w jednostce objętości - koncentracja

7 Wewnątrz dielektryka sumaryczny ładunek Q = 0. W każdej warstwie przypowierzchniowej wartość ładunku Bezwzględna wartość gęstości ładunku polaryzacji = polaryzacji gdy wektory są zgodne

8 wektor indukcji elektrycznej Trzy wektory pola elektrycznego

9 Wektor indukcji elektrycznej wiąże się z ładunkiem swobodnym – linie wektora zaczynają się i kończą na ładunkach swobodnych Wektor polaryzacji wiąże się wyłącznie z ładunkiem polaryzacyjnym. Linie wektora zaczynają się i kończą na ładunkach polaryzacyjnych. Zwrot wektora - od ładunku ujemnego do dodatniego (jak w każdym dipolu) Wektor związany jest z całkowitym ładunkiem – swobodnym i polaryzacyjnym

10 + + - molekuła niesymetryczna – polarna, trwały moment dipolowy  0 molekuła symetryczna - niepolarna, trwały moment dipolowy = 0

11 Dielektryki niepolarne w jednorodnym polu elektrycznym – polaryzacja elektronowa Rozważmy symetryczną cząsteczkę wodoru H 2. H H  Moment dipolowy = 0

12 rr oddziaływanie między protonem i elektronem działanie pola zewnętrznego na elektron indukowany moment dipolowy Umieśćmy atom wodoru w polu elektrycznym

13 Ogólnie indukowany moment dipolowy atomu (cząsteczki) współczynnik  - polaryzowalność atomu (cząsteczki) Ponieważ Podatność elektryczna dielektryka niepolarnego a stała dielektryczna

14 Dielektryki polarne w jednorodnym polu elektrycznym – polaryzacja orientacyjna Zewnętrzne pole elektryczne powoduje takie ustawienie cząsteczek dielektryka, aby ich moment dipolowy był zgodny z kierunkiem pola elektrycznego. Ruch cieplny cząsteczek przeciwdziała takiemu ustawieniu. Można wykazać, że wektor polaryzacji dielektryka polarnego k B = stała Boltzmanna P E

15 Ferroelektryki Poniżej temperatury Curie struktura ulega deformacji – jony Ba 2+ i Ti 4+ przesuwają się względem jonów O 2- - powstaje moment dipolowy Charakteryzują się: dużą przenikalnością dielektryczną, np. tytanian baru (BaTiO 3 ) – ε = 5900 a nawet do nieliniową zależnością polaryzacji od przyłożonego pola elektrycznego wartości polaryzacji (a więc i D) zależą od historii dielektryka, przy cyklicznych zmianach pola P(E) ma kształt pętli histerezy

16 pole E < 0 P = 0 dla E = E c pole koercji wzrasta pole E - polaryzacja rośnie 1 1 maleje pole E – polaryzacja maleje 2 2 pole E = 0 – P = Ps polaryzacja spontaniczna dalsza zmiana pola E - P zmienia się tak jak na krzywej 3 3 Polaryzacja początkowa = 0.

17 Własności ferroelektryczne kryształów obserwuje się w pewnych temperaturach – zanikają powyżej tzw. temperatury Curie W ferroelektrykach istnieją spontanicznie spolaryzowane obszary – domeny. Po wprowadzeniu ferroelektryka w pole elektryczne następuje zmiana orientacji momentów dipolowych domen i kryształ uzyskuje trwałą polaryzację.

18 Elektrety Dielektryki wykazujące trwałą polaryzację elektryczną – odpowiednik trwałych magnesów. Wewnętrzna struktura elektretu Można je wytworzyć z dielektryków polarnych, których cząsteczki mają duży moment dipolowy. Dielektryk ogrzany do wysokiej temperatury, nawet powyżej topnienia, umieszcza się w silnym polu elektrycznym i ochładza. Polaryzacja istniejąca w wysokiej temperaturze zostaje w dielektryku utrwalona, nawet po wyłączeniu pola. Elektrety wykorzystuje się np. w mikrofonach elektretowych.

19 Piezoelektryki Zjawisko piezoelektryczne – powstawanie polaryzacji pod wpływem odkształceń mechanicznych. Odwrotne zjawisko piezoelektryczne – kryształy zmieniają swoje rozmiary pod wpływem pola elektrycznego Całkowity moment dipolowy = Odkształcenie mechaniczne, całkowity moment dipolowy 

20 Przyłożenie zewnętrznego pola powoduje odkształcenie cząsteczek – wydłużenie lub skrócenie kryształu w kierunku pola. Przyłożenie zmiennego napięcia powoduje pobudzenie piezoelektryka do drgań mechanicznych. Amplituda tych drgań jest maksymalna (rezonans) gdy częstość zmian napięcia = częstości drgań własnych kryształu. Zastosowania: wytwarzanie ultradźwięków, stabilizacja częstości drgań w układach elektronicznych


Pobierz ppt "Własności elektryczne materii. Dielektryki Dielektryk (izolator) – materiał nie przewodzący prądu elektrycznego dokładniej – przewodzi prąd o 10 15 –"

Podobne prezentacje


Reklamy Google